(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定方向に存在する放射性物質を検出する放射性物質検出装置であって、
前記特定方向に存在してγ線と特性Ｘ線の両方を放出する放射性物質から到来する特性Ｘ線を吸収して検出し、かつ、前記放射性物質から到来するγ線を透過させる厚さの放射線検出用素子と、
前記特定方向以外の方向から到来する放射線のうち特性Ｘ線を遮蔽し、かつ、前記特定方向以外の方向から到来する放射線のうちγ線を透過させる厚さの遮蔽体とを備えた
放射性物質検出装置。
【請求項２】
前記放射線検出用素子により検出した特性Ｘ線のピークを出力するピーク出力部を備えた
請求項１記載の放射性物質検出装置。
【請求項３】
前記放射線検出用素子は、前記特性Ｘ線のピークが観測される少なくとも２０ｋｅＶから４０ｋｅＶの範囲を計測する構成である
請求項２記載の放射性物質検出装置。
【請求項４】
前記放射線検出用素子は、特性Ｘ線の入射方向に対する有感部分の厚みが、前記放射線検出用素子に使用する物質中での計測対象とする放射性物質の特性Ｘ線の平均自由行程（λ１）を単位として１．１λ１以上で、かつ、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線の前記放射線検出用素子に使用する物質中での平均自由行程（λ２）を単位として０．１４λ２以下の範囲に形成されている
請求項１、２、または３記載の放射性物質検出装置。
【請求項５】
前記遮蔽体の厚みは、計測対象とする放射性物質の特性Ｘ線の遮蔽体物質中の平均自由行程（λ３）を単位として１．６λ３以上で、かつ、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線の遮蔽体物質中での平均自由行程（λ４）を単位として０．２２λ４以下の範囲に形成された
請求項１から４のいずれか１つに記載の放射性物質検出装置。
【請求項６】
前記遮蔽体は、前記放射線検出用素子の周囲を遮蔽する遮蔽容器、前記放射線検出用素子の検出対象側に設けられるコリメータ、またはこれらの両方で構成され、
前記遮蔽体の厚みは、
前記遮蔽体が複数の穴から構成されているマルチコリメータの場合は穴と穴の間部の厚みを指し、
前記遮蔽体が１つの穴のみを持つシングルコリメータの場合は穴の側壁の厚みを指し、
前記遮蔽体が１つの穴を有して後方に複数の放射線検出用素子が設けられるピンホールコリメータであれば穴が設けられた前方板の厚みを指し、
前記遮蔽体が複数の穴を有して後方に複数の放射線検出用素子が設けられるコーデットマスク型コリメータであれば穴が設けられた前方板の厚みを指し、
前記遮蔽体が前記遮蔽容器の場合は前記放射線検出用素子の少なくとも側方に位置する側壁の厚みを指す、
請求項５記載の放射性物質検出装置。
【請求項７】
前記特性Ｘ線のピークの解析に用いるテンプレートを記憶する記憶部と、
前記テンプレートと前記放射線検出用素子により計測したスペクトルを用いて  前記特性Ｘ線のピークを解析する解析部とを備え、
前記テンプレートは、前記特性Ｘ線領域のエネルギーよりも高エネルギー側の６０−２５０ｋｅＶの範囲に位置して前記特性Ｘ線のピークよりも強いピーク部分を有するデータである
請求項１から６のいずれか１つに記載の放射性物質検出装置。
【請求項８】
前記放射線検出用素子により検出したスペクトルのうちγ線領域のスペクトルを用いて放射性物質の種類の候補を特定する候補特定処理を実行し、
前記放射線検出用素子により検出したスペクトルのうち特性Ｘ線領域のスペクトルを用いて前記スペクトル内に前記候補特定処理で特定した放射性物質が存在するか識別することで特定方向の放射性物質の種類を識別する種類識別処理を実行する放射性物質識別部を備えた
請求項１から７のいずれか１つに記載の放射性物質検出装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の放射性物質検出装置を複数備え、
前記特定方向を撮像して撮像画像を取得するカメラと、
前記複数の放射性物質検出装置がそれぞれ検出した放射性物質による放射性物質の量を検出領域別に二次元画像にする二次元画像化部と、
前記撮像画像と前記二次元画像を位置対応させて合成し合成画像を作成する合成部と、
前記合成画像を表示する表示部とを備えた
放射線源位置可視化システム。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１つに記載の放射性物質検出装置を用い、
特性Ｘ線のピーク周辺のスペクトルを計測し、
前記スペクトルに基づいて少なくとも前記放射性物質の存在を認識する
放射性物質検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばγ線と特性Ｘ線の両方を放出する放射性物質を検出するような放射性物質検出装置、放射線源位置可視化システム、および放射性物質検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原子力発電所、核燃料・使用済核燃料処理施設、原子力緊急時等、様々な方向から放射線が到来する環境において、放射性物質の存在位置を確認するガンマカメラが使用されている。このようなガンマカメラとして、放射線計測装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この放射線計測装置は、放射性物質から放出されるγ線のうち所定方向成分を透過させる穴を複数有するマルチコリメータと、マルチコリメータを通過したγ線を可視光に変換する蛍光板と、前記マルチコリメータおよび蛍光板を覆い放射線ノイズを低減する遮蔽容器を備えている。そして、この放射線計測装置は、γ線画像と別のカメラにより撮影した画像を合成する。このようにして、放射線計測装置は、計測対象物に対して、内部の放射性物質の状態、サイズ、形状、位置を放射線イメージとしてとらえることができる。
【０００４】
しかし、このような放射線計測装置は、放射性物質から放出されるγ線を検知するものであるため、非常に重いものになるという問題点があった。詳述すると、様々な方向から放射線が到来する環境においてγ線の到来方向を把握するために、遮蔽容器は、他の方向から到来するγ線を遮蔽する必要がある。γ線を遮蔽するために、遮蔽容器は、厚い鉛を用いる必要がある。また、蛍光板は、γ線を検出するために、γ線が透過しないように十分な厚みと高い密度が必要となる。
【０００５】
例えば、１３７Ｃｓから放出されるエネルギーが６６２ｋｅＶのγ線を検出し、その到来方向を把握するような場合であれば、光電子増倍管２７の前段に設けられる蛍光板１２６と、これらを被覆する遮蔽容器１２５は、図１２に示すようになる。すなわち、前記γ線を９８％の効率で遮蔽する場合、比重が１１．３の鉛を使用すると、遮蔽容器１２５は３４ｍｍ程度の厚みになる。蛍光板１２６は、物質として比重が３．７のＮａＩ（直径５０ｍｍ）を使用した場合、前記γ線を８％の効率で検出するだけでも１０ｍｍ程度の厚みになる。そうすると、放射線計測装置１０２は、仮に、所定方向成分を透過させる穴をひとつ有するシングルコリメータ１２１により視野を±２２度とし、γ線による蛍光板の発光を長さ６５ｍｍの光電子増倍管により読みだす方式で製作した場合、遮蔽容器１２５及び蛍光板１２６のみの重量で２５ｋｇ程度となるため、持ち運ぶには重いものとなる。
【０００６】
仮に、遮蔽容器を構成する鉛を薄くするか、蛍光板を薄くすれば、放射線計測装置は、軽量になる。しかし、このようにして軽量にした放射線計測装置は、顕著に精度が低下するという問題点を有する。すなわち、放射線計測装置は、遮蔽容器の鉛を薄くすると、所定方向以外から到来するγ線を検知してしまい、蛍光板を薄くすると、γ線の透過量が増えて感度が低くなってしまう。従って、γ線を放出する放射性物質を検出しようとする場合、感度の関係から、遮蔽容器を薄くするのには限界があり、蛍光板を薄くするのにも限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８５２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上述した問題に鑑み、様々な方向から放射線が到来する環境において使用可能で、重量が格別に軽く、かつ十分な性能が得られる放射性物質検出装置、放射線源位置可視化システム、および放射性物質検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、様々な方向から放射線が到来する環境において、特定方向に存在する放射性物質を検出する放射性物質検出装置であって、前記特定方向に存在してγ線と特性Ｘ線の両方を放出する放射性物質から到来する特性Ｘ線を吸収して検出し、かつ、前記放射性物質から到来するγ線を透過させる厚さの放射線検出用素子と、前記特定方向以外の方向から到来する放射線のうち特性Ｘ線を遮蔽し、かつ、前記特定方向以外の方向から到来する放射線のうちγ線を透過させる厚さの遮蔽体とを備えた放射性物質検出装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明により、様々な方向から放射線が到来する環境において使用可能で、重量が格別に軽く、かつ十分な性能が得られる放射性物質検出装置、放射線源位置可視化システム、および放射性物質検出方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】放射線検出用素子の厚みと性能とを表すグラフによる説明図。
【図２】遮蔽容器の厚みの変化に対する遮蔽、透過、バックグラウンドの変化を説明する説明図。
【図３】放射性物質の種類の識別に用いる放射性物質のエネルギースペクトルの説明図。
【図４】放射線源位置可視化システムのシステム構成を示すブロック図。
【図５】放射性物質検出装置の構成を説明する説明図。
【図６】コンピュータの機能を示す機能ブロック図。
【図７】放射線源位置可視化システムによる検出結果を示すグラフよる説明図。
【図８】放射線源位置可視化システムによるイメージング画像の画面構成図。
【図９】実施例２，３の放射性物質検出装置の縦断面を示す説明図。
【図１０】実施例４の放射線源位置可視化システムのブロック図。
【図１１】実施例５の放射線源位置可視化システムのブロック図。
【図１２】従来の放射線計測装置を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
放射性物質の検出では、一般に、これら放射性物質から放出されるγ線を検出することが好ましい。これは、γ線が高いエネルギーを有しているため、放射線計測機器の信号処理回路における信号対雑音比の観点から計測が容易であることと、一般的にγ線が放出されている環境では高エネルギーのγ線領域ではバックグランドが低くなることと、放射性物質の１崩壊あたりに多くの個数のγ線を放出することからである。しかし、ガンマカメラを軽量化しようと遮蔽容器を薄くすると、γ線が透過してしまい方向性の感度が悪くなり、放射線検出用素子を薄くすると、γ線の検出感度が低下するという問題が生じる。
【００１３】
本発明者らは、放射性物質を検出するガンマカメラを軽量化するために、鋭意研究を行った。まず、軽量で小型であってもγ線の検出感度の高い材質をγ線検出素子として用いることでγ線検出素子をコンパクトにし、遮蔽体となる遮蔽容器及びコリメータの鉛の重量を減らすことで、ガンマカメラの軽量化を目指した。しかし、この方法では、例えば遮蔽体を従来の１８分の１以下にする等、大幅な軽量化は不可能であった。
【００１４】
そこで本発明者らは、放射性物質から放出されるγ線に加えて、放射性物質の近傍に存在する通常の物質により前記γ線が散乱して生じるエネルギー（主として２００ｋｅＶ前後のエネルギー領域）に着目した。そして、このエネルギー領域の散乱γ線をも含めて前記γ線を計測し、γ線の計数率を上げることでγ線検出素子をコンパクトにするということを検討した。これにより、ガンマカメラの感度はさらなる増加が見込め、遮蔽体となる遮蔽容器及びコリメータの鉛の重量を減らすことができる。しかし、実際には、近傍に存在する物質の配置に依存して散乱γ線の強度が変化し、この方法では放射性物質の量をうまく測定できないという問題があった。また、この方法でも遮蔽体を従来の１８分の１以下にする等の大幅な軽量化は不可能であった。
【００１５】
本発明者らは、さらに鋭意研究を重ね、放射性物質が生じる特性Ｘ線に着目した。そして、本発明者らは、この特性Ｘ線を検出することで、放射性物質の存在を検出することを試みた。一般的に、特性Ｘ線は、γ線と比較して放出確率が低くエネルギーも低いため、計測が困難であり、これまで着目されてこなかった。本発明者らは、特性Ｘ線を検出するために、放射性物質検出装置の信号処理回路を低エネルギー領域の特性Ｘ線が測定できるようにし、さらに低雑音化に努めた。しかし、γ線が放射性物質検出装置との散乱によって生じる高いバックグランドによって特性Ｘ線をうまく検出できない問題があった。
【００１６】
そこで、本発明者らは、さらに鋭意研究を重ねた結果、γ線を極力排除し、特性Ｘ線に焦点を絞り込んで検出する構成とすることで、軽量な装置で放射性物質の存在を検出することに成功した。具体的にいうと、本発明者らは、放射線検出用素子の厚みを、γ線が十分に透過しつつ特性Ｘ線を十分に検出できる厚みとし、遮蔽体となる遮蔽容器及びコリメータの厚みを、γ線が十分に透過しつつ特性Ｘ線は十分に遮蔽する厚みとした。これにより、バックグランドを防止しつつ特性Ｘ線を検出し、従来の１８分の１以下という軽量な遮蔽体で放射性物質の存在を検出することに成功した。なお、γ線が透過するとは、入射するγ線のうち相互作用するものよりも透過するものが多いことを指す。また、γ線が十分に透過するとは、γ線が８０％以上透過すること、好ましくは８７％以上透過すること、より好ましくは９２％以上透過すること、さらに好ましくは９７％以上透過することを指す。なお、放射線検出用素子の厚みとは、放射線検出用素子に放射線が入射する面に対して垂直方向の厚みのことを指す（以下、入射方向に対する厚みと呼ぶ）。
【００１７】
図１は、質量数が１３７のセシウム（以下１３７Ｃｓ）と質量数１３４のセシウム（以下１３４Ｃｓ）が放出するエネルギー３２ｋｅＶと３６ｋｅＶの特性Ｘ線で検出した場合における、放射線検出用素子の厚みと、放射線検出用素子の性能とのシミュレーション結果を表すグラフである。このシミュレーションは、コンクリートの上に置かれた１３７Ｃｓと１３４Ｃｓが崩壊比で１対０．９の比率で存在する場合において、上記二種類のセシウムが放出したγ線とそのγ線がコンクリートで散乱された連続γ線のある環境下において、特性Ｘ線によりこれらを検出することを想定している。
図１（Ａ）は、放射線検出用素子の厚みの下限値Ｒ１を示し、図１（Ｂ）は、放射線検出用素子の厚みの上限値Ｒ２を示している。いずれのグラフも、横軸は放射線検出用素子の厚み（平均自由行程λにより規定）を示し、縦軸は、特性Ｘ線の検出効率（以下Ｓ）の二乗と、１３４Ｃｓと１３７Ｃｓからのγ線が特性Ｘ線のエネルギーの領域（２０−４０ｋｅＶ）に付与するノイズ量（Ｎ）の比を放射線検出用素子の厚みが１０ｍｍの時で規格化した値（以下、Ｓ２／Ｎ）を示す。一般にＳ２／Ｎが大きいほど短時間で高い精度で特性Ｘ線を検出でき、すなわち感度が高いことを表す。また、いずれのグラフについても、放射線検出用素子の素材として、ヨウ化セシウム（以下、ＣｓＩ）、カドミウムテルル（以下、ＣｄＴｅ）、ビスマスジャーマネイト（以下、ＢＧＯ）、ヨウ化ナトリウム（以下、ＮａＩ）、イットリウム−アルミニウム−ペロブスカイト（以下、ＹＡＰ）を用いた結果を示している。
【００１８】
なお、シンチレータは、発光効率を高めるために活性化物質が微量加えられることがある。例えば、ＣｓＩは、活性化物質を含まない純粋なＣｓＩに限らず、活性化物質としてナトリウム（Ｎａ）やタリウム（Ｔｌ）が微量加えられたシンチレータであるＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）とすることができる。本発明は、シンチレータの活性化物質の有無とは無関係に成立することから、特に活性化物質について記述しない。前述の例であれば、ＣｓＩは、活性化物質を含まないＣｓＩと活性化物質を含むＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）を意味する。
【００１９】
図１（Ａ）のグラフから、放射線検出用素子は、特定の厚みにすることが好ましいと言える。すなわち、放射線検出用素子の厚み（有感部分の厚み）の下限値は、図１（Ａ）に下限値Ｒ１として示すように、計測対象の放射性物質による特性Ｘ線の放射線検出用素子中（物質中）における平均自由行程（λ１）を単位として１．１λ１以上であることが好ましい。この値は、ＣｓＩであればＳ２／Ｎが１．５倍の効率となる値である。
【００２０】
放射線検出用素子の厚み（有感部分の厚み）の上限値は、図１（Ｂ）に上限値Ｒ２として示すように、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線の放射線検出用素子中（物質中）における平均自由行程（λ２）を単位として０．１４λ２以下であることが好ましい。この値は、ＣｓＩであればＳ２／Ｎが１．５倍の効率となる値である。
【００２１】
なお、平均自由行程とは、特性Ｘ線またはγ線が物質に入射後に相互作用（光電効果、コンプトン散乱、電子対生成）を起こすまでの平均の距離のことをいう（以下同じ）。
【００２２】
この放射線検出用素子の厚みは、入射した特性Ｘ線が放射線検出用素子と相互作用する割合の観点からみると、計測対象とする放射性物質が放出する特性Ｘ線が検出用素子に入射した時に６７％以上相互作用することが好ましく、同特性Ｘ線を７８％以上相互作用することがさらに好ましい。
また、この放射線検出用素子の厚みは、γ線が放射線検出用素子と全く相互作用せずに透過する割合（以下透過率）の観点からみると、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線を８７％以上透過することが好ましく、同γ線を９５％以上透過することがより好ましい。
【００２３】
例えば従来のガンマカメラは、計測対象となる放射性物質が最も高い割合で放出するγ線で放射性物質をイメージングしようとする場合、放射線検出用素子の厚みが非常に厚くなる。すなわち、仮に放射線検出用素子としてＮａＩ（直径５０ｍｍ）を使用し１３７Ｃｓからの６６２ｋｅＶのγ線を検出する場合、３０％の検出効率を得るためには、従来のガンマカメラは、０．８１λ２程度の厚みが必要であり、さらに検出効率を上げるためにはより厚くする必要がある。
一方、本発明では、放射線検出用素子の厚みが０．１４λ２以下で動作が可能であり、かつ特性Ｘ線に対して容易に８０％以上の効率を得ることができる。このため、放射線検出用素子を大幅に軽量化することができる。
【００２４】
コリメータによって定められる視野あたりの放射線検出用素子の有感部分の面積（以下有感面積）は、入射する特性Ｘ線の強度に応じて適宜の面積とすることができる。例えば原子力施設等において使用済核燃料物質を近傍で計測する場合であれば入射Ｘ線の量が多いために有感面積を比較的狭くすることが好ましく、原子炉事故等で生じた放射性降下物を計測する場合では入射Ｘ線の量が低いために広い面積にして感度を向上することが好ましい。
【００２５】
この有感面積は、測定時間が１分間で３０％の統計誤差を達成するためには、例えば、放射線検出用素子ＣｓＩの位置におけるγ線による空間線量率が１０μＳｖ／ｈを下まわる環境において計測する場合には、有感面積が少なくとも２ｃｍ２以上であることが好ましく、有効面積を５ｃｍ２以上とする、有効面積を１２ｃｍ２以上とする、あるいは有効面積を９６ｃｍ２以上とすることができる。
また、例えば、放射線検出用素子ＣｓＩの位置におけるγ線による空間線量率が１００μＳｖ／ｈを下まわる環境で計測する場合には、有感面積が少なくとも０．３ｃｍ２以上であることが好ましく、有効面積を１ｃｍ２以上とする、有効面積を５ｃｍ２以上とする、有効面積を１２ｃｍ２以上とする、有効面積を９６ｃｍ２以上とすることができる。
同様にして、放射線検出用素子ＣｓＩの位置における空間線量率がＸμＳｖ／ｈを下まわる環境で計測する場合には、有感面積が少なくとも（２９×Ｘ−０．９８）ｃｍ２以上（ただしＸ＞１００μＳｖ／ｈ）であることが好ましい。他の種類の放射線検出用素子に対してもＣｓＩと同程度の有感面積が必要となる。
なお、測定時間を長くしてもよい場合や統計誤差が大きくても良い場合には、放射線検出用素子の有感面積を小さくすることができる。また例示した必要な有感面積は、有効面積１６．６ｃｍ２、厚み１ｍｍ、エネルギー分解能が３２ｋｅＶにおいて１０．５ｋｅＶの放射線検出用素子ＣｓＩを、前記ＣｓＩの位置におけるγ線による空間線量率が５μＳｖ／ｈと１６μＳｖ／ｈの環境で計測した結果に基づいて近似的に推定されるものである。
【００２６】
図２は、遮蔽容器の厚みの変化による各種変化を説明する説明図であり、図２（Ａ）は、遮蔽容器の厚みと、特性Ｘ線の遮蔽率と、γ線の透過率の関係を表すグラフである。遮蔽容器の厚みとは、一方に開口を有して他方を閉鎖する容器の壁の厚みのことを指す。このグラフは、遮蔽容器の素材としてステンレス（以下ＳＵＳ）を用いて計算したものである。ここで遮蔽の対象とする特性Ｘ線は、１３７Ｃｓのセシウムから放出される３２ｋｅＶの特性Ｘ線であり、透過の対象とするのは１３７Ｃｓから放出される６６２ｋｅＶのγ線である。
【００２７】
グラフの横軸は、遮蔽容器の厚さを示している。グラフの縦軸は、特性Ｘ線の遮蔽率、および、γ線の透過率を示している。
【００２８】
図示するように、遮蔽容器による特性Ｘ線の遮蔽レベルは、遮蔽容器の厚みが０．１ｍｍのときに約４０％であり、遮蔽容器の厚みを増すにつれて高くなり、厚さ１ｍｍでほぼ１００％（計算例では９８％）遮蔽できる。
【００２９】
一方、γ線の透過率は、遮蔽容器の厚みが１０ｍｍのときに約６０％であり、遮蔽容器の厚みを減らすにつれて高くなり、厚さ２ｍｍで約９０％となる。
【００３０】
この結果から、材質をＳＵＳとする場合には、遮蔽容器の厚みは１ｍｍ程度が最も好ましいといえる。すなわち、この厚みは、３２ｋｅＶの特性Ｘ線を１００％近く（９８％）遮蔽でき、かつ、γ線を透過させ、遮蔽容器の重量を軽減できる厚みである。γ線を透過させ重量を軽減し、かつ、特性Ｘ線を十分に遮蔽できる厚みとすることで、遮蔽容器を極めて軽量にしつつ十分な検出精度を得ることができる。
【００３１】
さらに言えば、遮蔽容器の厚みは、計測対象とする放射性物質の特性Ｘ線の遮蔽容器中の平均自由行程（λ３）を単位として１．６λ３以上であり、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線の遮蔽容器中での平均自由行程（λ４）を単位として０．２２λ４以下であることが好ましい。
【００３２】
遮蔽容器の厚みは、特性Ｘ線の遮蔽の観点から見ると、２０ｋｅＶから４０ｋｅＶのエネルギーを持つ特性Ｘ線を８０％以上遮蔽することが好ましく、同特性Ｘ線を９０％以上遮蔽することがより好ましい。
【００３３】
また、遮蔽容器の厚みは、γ線の透過率の観点からみると、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線を８０％以上透過することが遮蔽容器の重量を軽減する上でよく、同γ線を８７％以上透過することが好ましく、同γ線を９２％以上透過することがより好ましく、同γ線を９７％以上透過することがさらに好ましい。
【００３４】
例えば従来のガンマカメラは、計測対象となる放射性物質が最も高い割合で放出するγ線で放射性物質をイメージングしようとする場合、周囲からのγ線を９８％遮蔽するためには遮蔽容器の厚みを４λ４程度にする必要がある。これに対し、本発明は、遮蔽容器の厚みが０．２２λ４以下で動作可能なため、遮蔽容器を１８分の１以下に大幅に軽量化することができる。このような遮蔽容器の厚みにより、遮蔽容器の重量を低減し、かつ特性Ｘ線を精度よく検出して、軽量で感度の高い放射性物質検出装置を提供することができる。
【００３５】
このように遮蔽容器の厚みを０．２２λ４以下とすることで、遮蔽容器の軽量化と感度向上を両立することについて、図２（Ｂ）を用いて遮蔽容器にＳＵＳを用いた例で説明する。図２（Ｂ）は、厚さ１ｍｍの放射線検出用素子ＣｓＩの両面を同じ厚みのＳＵＳで遮蔽し、放射線源１３７Ｃｓからの６６２ｋｅＶのγ線を片面のＳＵＳに照射した場合において、ＳＵＳの厚み（６６２ｋｅＶのＳＵＳの中での平均自由行程λ４を単位）とＣｓＩで検出される２０−４０ｋｅＶのバックグランド量の関係を計算したグラフである。このグラフは、放射線源のまわりに何もない状態における遮蔽容器の厚みとバックグランド量との関係の指標となるものである。
【００３６】
このグラフに示すように、バックグランドは、ＳＵＳの厚みが約０．５λ４のときに極大となる。従って、遮蔽容器の厚みをそれよりもバックグラウンドを低減できる程度に薄い０．２２λ４以下にすると、軽量でかつバックグランドを低減できる効果がある。詳述すると、バックグランドは、遮蔽容器の厚みが０．２２λ４（図示ｄ１）のときと、遮蔽容器の厚みが１．０３λ４（図示ｄ２）のときに、最大値の８７％に低減できる。つまり、バックグラウンド量が極大値となる遮蔽容器の厚みに対して、それより薄い側と厚い側に、同じ量のバックグラウンドの低減を行えるポイント（例えばｄ１とｄ２）が現れる。しかし、薄い側に位置するｄ１の条件のほうが、厚い側に位置するｄ２の条件に比べて、同じバックグランド量のまま約４．７倍軽量化ができる。
【００３７】
このような遮蔽容器の厚みの考え方は、コリメータの設計にも適用され、コリメータの厚みを特定の厚みとすることが好ましい。
一般に、コリメータは、平板状の部材に穴があけられており、遮蔽容器にとりつけることで、特定方向から入射した大部分の放射線等を穴によって通過させ、特定方向以外から入射した大部分の放射線等を穴の周囲の部材によって排除する働きがある。いいかえれば、コリメータにより視野が制限される。Ｘ線やγ線の場合には、コリメータの厚み（有効厚）は、コリメータの視野を決めるひとつのパラメータである。ここで、特定方向とは、測定しようとする方向であって、コリメータと遮蔽容器で定められる方向、または遮蔽容器によって定められる方向である。
【００３８】
また、コリメータは、コリメータの背後に一つの放射線検出用素子が設けられたものと、複数の放射線検出用素子が設けられたものがある。
前者には、ひとつの穴を有するシングルコリメータ（図１２のシングルコリメータ１２１参照）や複数の穴を有するマルチコリメータ（図５のコリメータ２１参照）等がある。ここで有効厚とは、シングルコリメータやマルチコリメータでは、穴の側壁の厚みのことをいう。別の言い方をすれば、任意の方向からの放射線がコリメータ部材へ入射した際に、その入射点（ただし、コリメータの特定方向側前面、または、後面に入射した場合は除く）におけるコリメータ部材の厚み（特定方向に対して垂直方向の肉厚）の平均のことをいう。
後者には、後述するピンホールコリメータやコーデットマスク型コリメータ等がある。また、ピンホールコリメータやコーデットマスク型コリメータでは、有効厚とは、コリメータの板厚のことをいう。別の言い方をすれば、任意の方向からの放射線がコリメータ部材へ入射した際に、その入射点（ただし、穴の側壁、または、コリメータの外周側面に入射した場合は除く）におけるコリメータ部材の厚み（特定方向に対して平行方向の肉厚）の平均のことをいう。
【００３９】
コリメータの有効厚は、計測対象とする放射性物質の特性Ｘ線のコリメータ物質中の平均自由行程（λ５）を単位として１．６λ５以上であり、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線のコリメータ物質中での平均自由行程（λ６）を単位として０．２２λ６以下であることが好ましい。
【００４０】
このコリメータの有効厚は、特性Ｘ線の遮蔽の観点から見ると、２０ｋｅＶから４０ｋｅＶのエネルギーを持つ特性Ｘ線を８０％以上遮蔽することが好ましく、同特性Ｘ線を９０％以上遮蔽することがさらに好ましい。
【００４１】
また、コリメータの有効厚は、γ線の透過率の観点からみると、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線を８０％以上透過することが遮蔽容器の重量を軽減する上でよく、同γ線を８７％以上透過することが好ましく、同γ線を９２％以上透過することがより好ましく、同γ線を９７％以上透過することがさらに好ましい。
【００４２】
例えば従来のガンマカメラは、計測対象となる放射性物質が最も高い割合で放出するγ線で放射性物質をイメージングしようとする場合、必要なコリメータの有効厚が非常に厚くなる。すなわち、従来のガンマカメラは、前記γ線の到来方向を９８％の確度で決定するためにはコリメータの有効厚を４λ６程度とすることが必要になる。
これに対し、本発明は、コリメータの有効厚が０．２２λ６以下で動作可能なため、コリメータを大幅に軽量化することができる。
【００４３】
放射線検出用素子の後段に設けられる信号処理回路は、放射性物質から放出される特性Ｘ線のピーク周辺のスペクトルを、２０ｋｅＶから４０ｋｅＶの範囲のうち少なくとも一部について計測する構成にすることが好ましく、少なくとも２０ｋｅＶから４０ｋｅＶの範囲全体について計測する構成がより好ましく、さらには、特性Ｘ線のピークをより精度よく評価するために１０ｋｅＶから４０ｋｅＶの範囲全体について計測する構成が好ましく、１０ｋｅＶから５０ｋｅＶの範囲全体を計測する構成がより好ましい。特に、下方が１０ｋｅＶまで測定できる信号処理回路により、バックグランドの推定精度が上がり、ピークの分析精度が改善する。また、上方が５０ｋｅＶまで測定できる信号処理回路により、精度をさらに向上することができる。
【００４４】
例えば１３７Ｃｓを検出対象とする場合、１３７Ｃｓが１３７ｍＢａへβ−崩壊した後１３７Ｂａへ核異性体転移により壊変する一連の過程で放出される特性Ｘ線のピークである３２．２ｋｅＶ（Ｂａ−Ｋα）および３６．４ｋｅＶ（Ｂａ−Ｋβ）周辺のスペクトルを計測する構成にすることが好ましい。
【００４５】
例えば１３１Ｉを検出対象とする場合、１３１Ｉが１３１ｍＸｅへβ−崩壊した後１３１Ｘｅへ核異性体転移により壊変する一連の過程で放出される特性Ｘ線のピークである２９．８ｋｅＶ（Ｘｅ−Ｋα）および３３．６ｋｅＶ（Ｘｅ−Ｋβ）周辺のスペクトルを計測する構成にすることが好ましい。
【００４６】
例えば１２９ｍＴｅを検出対象とする場合、１２９ｍＴｅが１２９Ｔｅへ核異性体転移により壊変する過程で放出される特性Ｘ線のピークである２７．５ｋｅＶ（Ｔｅ−Ｋα）および３１．０ｋｅＶ（Ｔｅ−Ｋβ）周辺のスペクトルを計測する構成にすることが好ましい。
【００４７】
例えば１３２Ｔｅを検出対象とする場合、１３２Ｔｅが１３２Ｉへβ−崩壊により壊変する過程で放出される特性Ｘ線のピークである２８．６ｋｅＶ（Ｉ−Ｋα）および３２．３ｋｅＶ（Ｉ−Ｋβ）周辺のスペクトルを計測する構成にすることが好ましい。
【００４８】
例えば１３３Ｂａを検出対象とする場合、１３３Ｂａが１３３Ｃｓへ電子捕獲により壊変する過程で放出される特性Ｘ線のピークである３１．０ｋｅＶ（Ｃｓ−Ｋα）および３５．０ｋｅＶ（Ｃｓ−Ｋβ）周辺のスペクトルを計測する構成にすることが好ましい。
【００４９】
例えば１２４Ｉを検出対象とする場合、１２４Ｉが１２４Ｔｅへβ＋崩壊または電子捕獲により壊変する過程で放出される特性Ｘ線のピークである２７．５ｋｅＶ（Ｔｅ−Ｋα）および３１．０ｋｅＶ（Ｔｅ−Ｋβ）周辺のスペクトルを計測する構成にすることが好ましい。
【００５０】
従って、少なくとも２０ｋｅＶから４０ｋｅＶの範囲の一部について計測する構成にすれば、これらの放射性物質が放出する特性Ｘ線のピークを検出し分析することができる。
【００５１】
次に、放射性物質の種類の識別方法について説明する。本発明は、放射性物質（親核種）が壊変し、娘核種になる一連の過程で、γ線と特性Ｘ線を放出するものを対象とし、低エネルギー領域（例えば１０ｋｅＶから５０ｋｅＶのＸ線領域）で検出される特性Ｘ線を用いて、特定方向に存在する放射性物質を検出し、かつ、その方向における放射性物質の種類（娘核種の原子番号）を特定することができるものである。そして、これに、高エネルギー領域（例えば６０ｋｅＶから１，０００ｋｅＶのγ線領域）の放射線の検出を併用することで、より詳細に特定方向に存在する放射性物質の種類を特定することができる。このことについて以下で詳述する。
【００５２】
図３（Ａ）は、放射線検出用素子として−１０℃でカドミウムテルルを用いて計測した１３３Ｂａ，１３７Ｃｓの０〜７００ｋｅＶにわたるエネルギースペクトルであり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のそれぞれの特性Ｘ線ピークの高さをそろえて０〜６０ｋｅＶにわたり表示したものである。図３（Ａ）（Ｂ）は、いずれも縦軸がカウント、横軸がエネルギー（ｋｅＶ）を示す。
【００５３】
ここで使用したカドミウムテルル素子のエネルギー分解能は、ピークの半値幅で定義すると３２ｋｅＶのエネルギーにおいて４ｋｅＶである。
【００５４】
まず、低エネルギー領域の放射線を用い、特定方向に存在する放射性物質の種類（娘核種の原子番号）を特定する低エネルギー領域放射性物質特定方法による第１の特定方向放射性物質特定方法について説明する。ここで、低エネルギー領域放射性物質特定方法は、特定方向に存在する放射性物質の娘核種の原子番号を特定する娘核種特定処理として実行される。
図３（Ｂ）に示すように、低エネルギー領域では、１３３Ｂａの崩壊（娘核種１３３Ｃｓ）に伴い生じるＣｓの特性Ｘ線のピークＰ１（３１ｋｅＶ）およびピークＰ２（３５ｋｅＶ）、１３７Ｃｓの崩壊（娘核種１３７Ｂａ）に伴い生じるＢａの特性Ｘ線のピークＰ３（３２ｋｅＶ）およびピークＰ４（３６ｋｅＶ）が生じている。
【００５５】
１３３Ｂａの崩壊に伴い生じる特性Ｘ線のピークＰ１、Ｐ２の位置と、１３７Ｃｓの崩壊に伴い生じる特性Ｘ線のピークＰ３，Ｐ４の位置が少し異なっているのは、特性Ｘ線のエネルギーが異なるためである。このエネルギーピークの位置を知ることで、放射性物質の娘核種の原子番号を特定することができる。すなわち、特性Ｘ線のエネルギーは放射性物質（親核種）が壊変し生成する娘核種の原子番号にのみ依存する。１３３Ｂａと１３７Ｃｓの壊変後の娘核種は、それぞれ１３３Ｃｓ、１３７Ｂａであり、娘核種の原子番号（それぞれＣｓ、Ｂａ）に対応した特性Ｘ線（最も強度が高いものでいえば、それぞれ３１ｋｅＶ、３２ｋｅＶ）が発生することになる。そのため、反対に特性Ｘ線のエネルギーを測定すれば、娘核種の原子番号を知ることができる。一般的に娘核種の原子番号から親核種を知ることはできないが、親核種の種類に制約を与えることができる。
【００５６】
放射線検出用素子は、遮蔽体（遮蔽容器及びコリメータ、あるいは、コリメータを備えない場合であれば遮蔽容器）に囲まれているため、検出される特性Ｘ線は特定方向に存在する放射性物質から来たものである。したがって、低エネルギー領域の特性Ｘ線ピークの位置から、特定方向に存在する放射性物質の種類（娘核種の原子番号）を特定することができる。
【００５７】
放射線検出用素子のエネルギー分解能を向上させれば、放射性物質の種類（娘核種の原子番号）の特定能力をより向上させることができる。例えばカドミウムテルルの場合、カドミウムテルルをさらに低い温度に冷却する、カドミウムテルルの大きさを最適化する、より優れた雑音性能をもつ前置増幅器を使用する、等の方法により、エネルギー分解能を１ｋｅＶ以下に向上することができる。なお、このように冷却することはエネルギー分解能を上げるための方法であって必須の要件ではない。カドミウムテルルを室温（例えば２０℃など）で用いても、ピーク位置の違いを判別して放射性物質の娘核種の原子番号を特定することができる。
【００５８】
次に、高エネルギー領域の放射線を用い、放射性物質検出装置の周囲の放射性物質の存在を認識し、その種類（親核種の種類）を特定する高エネルギー領域放射性物質特定方法（高エネルギー領域での放射性物質の種類（親核種の種類）の特定方法）について説明する。
本発明は、放射線検出用素子の厚みを、γ線が十分に透過しつつ特性Ｘ線を十分に検出できる厚みとしている。また、遮蔽体の厚みを、γ線が十分に透過しつつ特性Ｘ線は十分に遮蔽する厚みとしている。このため、高エネルギー領域のγ線は、殆どが遮蔽体を透過し、全方向から到来して放射線検出用素子に入射する。高エネルギー領域のγ線は、殆どが放射線検出用素子を透過するものの、一部が放射線検出用素子と相互作用し、検出される。この一部のγ線を検出したデータを、放射性物質の種類（親核種の種類）の特定に利用する。
【００５９】
なお、高エネルギー領域のγ線を用いた放射性物質の種類（親核種の種類）の特定では、全方向から到来するγ線が検出対象であるため、γ線の入射方向を特定できないことに留意する。すなわち、エネルギースペクトルの高エネルギー領域によって特定できる放射性物質には、特性Ｘ線により放射性物質を検出できる特定方向の領域に存在するものと、それ以外の領域（遮蔽体により特性Ｘ線が遮られて特性Ｘ線では検出しない領域）に存在するものの両方が混在していることに留意する。
【００６０】
高エネルギー領域では、図３（Ａ）に示すように、わずかにカドミウムテルルと相互作用したγ線がエネルギースペクトルＳ１，Ｓ２を形成している。１３３ＢａのエネルギースペクトルＳ１と１３７ＣｓのエネルギースペクトルＳ２とでは、形状が異なっている。このエネルギースペクトルＳ１，Ｓ２は、放射性物質固有のものであり、各放射性物質が放出するγ線のエネルギーに依存している。
【００６１】
従って、エネルギースペクトルの高エネルギー領域の形状をみることで、放射性物質検出装置の周囲の放射性物質の存在を認識し、その種類（親核種の種類）を特定することができる。すなわち、高エネルギー領域では、放射性物質が存在する方向を特定することはできないが、周囲に存在する放射性物質の種類（親核種の種類）を特定することができる。具体的には、データベースに登録されている親各種別のテンプレート（ピークに関するデータ）と前記エネルギースペクトルの高エネルギー領域の形状を比較して、一致度が所定値以上のテンプレートがあればそのテンプレートの親各種であると特定する。
【００６２】
さらに、高エネルギー領域放射性物質特定方法により放射性物質の種類（親核種の種類）を特定した結果を用い、特性Ｘ線ピーク推定方法により特性Ｘ線のエネルギーと強度を推定し、この推定結果を用いる低エネルギー領域放射性物質詳細特定方法により特定方向に存在する放射性物質の種類（親核種の種類）を特定する第２の特定方向放射性物質特定方法について説明する。ここで、高エネルギー領域放射性物質特定方法は、特定方向に存在する放射性物質の候補を特定する候補特定処理として実行され、特性Ｘ線ピーク推定方法及び低エネルギー領域放射性物質詳細特定方法は、高エネルギー領域放射性物質特定方法による特定結果と低エネルギー領域の測定結果を用いて特定方向に存在する放射性物質の種類を識別する種類識別処理として実行される。
特性Ｘ線やγ線のそれぞれのエネルギーおよびγ線と特性Ｘ線の放出比は、放射性物質に固有な量をもつ。また、γ線と特性Ｘ線の検出効率は、放射性物質検出装置に固有である。特性Ｘ線ピーク推定方法は、この法則を利用して特性Ｘ線のエネルギーと強度を推定する。
【００６３】
特性Ｘ線ピーク推定方法では、まず、上述した高エネルギー領域放射性物質特定方法を用いて、高エネルギー領域のγ線スペクトルから放射性物質検出装置の周囲の個々の放射性物質の存在を認識する。この認識された放射性物質に対して、各特性Ｘ線のエネルギーを求め、γ線と特性Ｘ線の放出比、γ線と特性Ｘ線の検出効率、および放射性物質の分布状況の仮定に基づいて、各放射性物質による各特性Ｘ線強度を推定する。
例えば、１３３Ｂａと１３７Ｃｓの２種類の放射性物質が混在している場で計測する場合を考える。高エネルギー領域のγ線スペクトルから放射性物質１３３Ｂａと１３７Ｃｓが放射性物質検出装置の周囲に存在することを認識し、その２種類の放射性物質が放出する特性Ｘ線のエネルギーと強度を推定する。すなわち、存在を認識した放射性物質１３３Ｂａと１３７Ｃｓについて、例えば、放射性物質が地面上に一様に分布しているとの仮定をし、それぞれが放出する特性Ｘ線のエネルギーを公知のデータベースから抽出し、さらにγ線と特性Ｘ線の放出比およびγ線と特性Ｘ線の検出効率を用いた演算を行うことで、個々の特性Ｘ線強度を推定する。
【００６４】
次に、この推定をもとに、低エネルギー領域放射性物質詳細特定方法を用いて低エネルギー領域の特性Ｘ線スペクトルを解析する。低エネルギー領域放射性物質詳細特定方法では、上述の１３３Ｂａと１３７Ｃｓの２種類の放射性物質が混在している場の例で説明すると、推定したエネルギーと強度をもつ特性Ｘ線のピーク（１３３Ｂａの娘核種のＣｓと１３７Ｃｓの娘核種のＢａの特性Ｘ線ピーク）を、低エネルギー領域から積極的に探し出す（推定したエネルギーと強度をもつ特性Ｘ線のピークとの差が一定値以内にあるピークがあればその特性Ｘ線のピークがあると判定する）ことで、それぞれの特性Ｘ線ピークの有無やそれぞれの強度を精度よく決定でき、高エネルギー領域放射性物質特定方法で特定した種類の放射性物質が低エネルギー領域にも存在するか否か判定できる。存在すると判定した場合、その種類の放射性物質が、特定方向に存在すると特定する。
【００６５】
このように高エネルギー領域放射性物質特定方法と特性Ｘ線ピーク推定方法と低エネルギー領域放射性物質詳細特定方法を組み合わせて低エネルギー領域を解析する第２の特定方向放射性物質特定方法は、特に、放射性検出用素子のエネルギー分解能が、複数の放射性物質の特性Ｘ線エネルギーの差と比して同程度の場合に役に立つ。詳述すると、上述の１３３Ｂａと１３７Ｃｓの２種類の放射性物質が混在している場の例では、特性Ｘ線のエネルギー差は、１ｋｅＶである。そして、特性Ｘ線ピークは、図３（Ｂ）のように近接し、実際には１つのピークとして観測される。低エネルギー領域のスペクトルの情報だけでは親核種の数と種類は不明である。このため、１３３Ｂａと１３７Ｃｓ由来であるＣｓとＢａの２種類の特性Ｘ線ピークを認識し、それぞれを分離することは難しい。ここで、高エネルギー領域から放射性物質の種類（１３３Ｂａと１３７Ｃｓ）を特定することで、特性Ｘ線のエネルギーと強度の推定することができ、１３３Ｂａと１３７Ｃｓの特性Ｘ線をそれぞれ分離して検出し、特性Ｘ線強度の高精度測定ができる。この場合、１３３Ｂａと１３７Ｃｓを独立に定量することができ、加えて、特定方向に存在する放射性物質（親核種）が１３３Ｂａと１３７Ｃｓであると特定できる。
【００６６】
また、第２の特定方向放射性物質特定方法は、エネルギー分解能が悪い場合にも、高エネルギー領域のγ線スペクトルを用いることで、特定方向に存在する放射性物質の種類を、低エネルギー領域放射性物質特定方法だけを用いた第１の特定方向放射性物質特定方法と比べてより特定できる。すなわち、前述の例の１３３Ｂａと１３７Ｃｓが混在している場では、第１の特定方向放射性物質特定方法に用いる低エネルギー領域の情報からは、その娘核種の原子番号を特定できるが、エネルギー分解能の大きさに応じて誤差が生まれるため、一定の幅に制約（例えば、娘核種がＸｅ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａに制約）できるに過ぎない。しかし、第２の特定方向放射性物質特定方法では、上述した高エネルギー領域放射性物質特定方法により高エネルギー領域のγ線スペクトルを測定することで、特定方向に存在する放射性物質の候補としては、１３３Ｂａと１３７Ｃｓのどちらか、あるいは、両方であることが特定できる。
【００６７】
エネルギー分解能が良い場合には、上述した高エネルギー領域放射性物質特定方法と特性Ｘ線ピーク推定方法により推定される特性Ｘ線のエネルギーと強度の結果と、低エネルギー領域の特性Ｘ線のエネルギースペクトルの測定結果とを組み合わせる低エネルギー領域放射性物質詳細特定方法によって、特定方向の領域に存在する放射性物質の種類（親核種）を特定する第２の特定方向放射性物質特定方法を実現できる。すなわち、１３３Ｂａと１３７Ｃｓが混在している場では、低エネルギー領域からは、放射性物質の娘核種の原子番号がＣｓとＢａであると特定でき、高エネルギー領域のγ線スペクトルから１３３Ｂａと１３７Ｃｓが放射性物質検出装置の周囲に存在すると特定できるため、低エネルギーの２つの特性Ｘ線ピークは１３３Ｂａと１３７Ｃｓ由来であると認識できる。したがって、特定方向に存在する放射性物質の種類（親核種の種類）は、１３３Ｂａと１３７Ｃｓであると特定できる。
【００６８】
前述の例では、２種類の放射性物質（１３３Ｂａと１３７Ｃｓ）が存在し、かつ、それらの娘核種（それぞれ１３３Ｃｓや１３７Ｂａ）の原子番号が異なるものであった。この場合には、特性Ｘ線のエネルギー差が放射線検出用素子のエネルギー分解能に比べて同等以上に優れれば、特定領域に存在する放射性物質の種類を特定し（この例では１３３Ｂａと１３７Ｃｓ）、それぞれの量を分離して検出し、独立に測定することができる。
一方で、例えば１３７Ｃｓと１３４Ｃｓ（娘核種はそれぞれ１３７Ｂａと１３４Ｂａ）が混在している例では、娘核種の原子番号が両者で等しく両者は同じエネルギーの特性Ｘ線を放出するために、特定領域に存在する放射性物質の種類（親核種の種類）を特定し、それぞれの量を分離して検出し、独立に定量することはできない。しかし、高エネルギー領域のγ線スペクトルを用い第２の特定方向放射性物質特定方法を行なえば、低エネルギー領域の特性Ｘ線スペクトルだけを用いた場合（低エネルギー領域放射性物質特定方法による第１の特定方向放射性物質特定方法）と比べてより特定することができる。すなわち、特定方向に存在する放射性物質は、低エネルギー領域放射性物質特定方法による第１の特定方向放射性物質特定方法では娘核種がＢａであることしか判別できないが、高エネルギー領域の情報を用いた第２の特定方向放射性物質特定方法では放射性物質の種類（親核種の種類）が１３７Ｃｓあるいは１３４Ｃｓの両方、あるいはいずれか一方であることを特定することができる。
【００６９】
放射性物質が放射性物質検出装置の周囲に一種類しか存在しない場合には、第２の特定方向放射性物質特定方法を用いれば、高エネルギー領域のγ線スペクトルから放射性物質の種類（親核種の種類）を特定でき、低エネルギー領域で検出されうる特性Ｘ線は当該放射性物質から放射されたことは明らかなので、特定方向の領域に存在する放射性物質の種類（親核種の種類）を特定できる。
【００７０】
放射性物質が三種類以上の混在する場においては、高エネルギー領域放射性物質特定方法を用いると高エネルギー領域のγ線スペクトルから放射性物質検出装置の周囲に存在する放射性物質の種類（親核種の種類）は特定できる。仮にそれらの娘核種がそれぞれ異なる原子番号であり、かつ、それらの特性Ｘ線のエネルギー差が放射線検出用素子のエネルギー分解能に比べて同等以上に優れるものであれば、第２の特定方向放射性物質特定方法により特定方向の領域に存在する放射性物質の種類を特定できる。また、仮にそれらの娘核種のうち原子番号を同一とするものがあった場合には、特定領域に存在するそれらの放射性物質の種類（親核種の種類）を特定し、それぞれの量を分離して検出し、独立に定量することはできない。しかし、第２の特定方向放射性物質特定方法では、高エネルギー領域のγ線スペクトルを用いることで、特定方向の領域に存在する放射性物質の種類（親核種の種類）を制約することができ、低エネルギー領域の特性Ｘ線スペクトルだけを用いた第１の特定方向放射性物質特定方法と比べてより特定することができる。
【００７１】
このように、低エネルギー領域からは特定方向に存在する放射性物質の娘核種の原子番号を特定することができる（低エネルギー領域放射性物質特定方法による第１の特定方向放射性物質特定方法）。さらに、高エネルギー領域の検出結果を用いた推定をもとに低エネルギー領域の放射性物質のピークを解析することで、より精度よく放射性物質の特性Ｘ線強度を計測でき、特定方向に存在する放射性物質の種類（親核種の種類）の識別ができる（高エネルギー領域と低エネルギー領域を用いた第２の特定方向放射性物質特定方法）。
【００７２】
低エネルギー領域のスペクトル（特性Ｘ線領域のスペクトル）と高エネルギー領域のスペクトル（高エネルギー領域のγ線スペクトル）の両方を用い、エネルギースペクトルから放射線検出用素子に吸収されたエネルギー量を計算することで、簡易的な空間線量計として動作させることもできる。
【００７３】
このようにして、放射性物質を精度よく検出し、その放射性物質の種類を識別し、かつ、非常に軽量な放射性物質検出装置を提供することができる。
この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
【実施例１】
【００７４】
図４は、放射線源位置可視化システム１のシステム構成を示すブロック図である。
放射線源位置可視化システム１は、放射性物質検出装置２、前置増幅器３、波形整形アンプ４、ピーク敏感型ＡＤＣ５（サンプルホールド回路またはピークホールド回路６、（マルチプレクサ７）、ＡＤＣ８）、高圧電源９、コンピュータ１０、方向制御駆動部１１、カメラ１２、入力装置１３、およびモニタ１４を備えている。図示する放射線源位置可視化システム１は、単素子モジュールの例を示している。
【００７５】
放射性物質検出装置２は、特性Ｘ線を検出することで放射性物質を検出する装置であり、高圧電源９による電力供給を受けて動作する。放射性物質検出装置２で計測した信号は、後段の前置増幅器３に伝達される。
【００７６】
前置増幅器３は、受け取った信号を増幅する。
【００７７】
波形整形アンプ４は、ハイパスフィルタやローパスフィルタで構成され、前置増幅器３から受け取った信号の波形を整形し、後段のピーク敏感型ＡＤＣ５に信号を伝達する。これにより、検出する信号の帯域を絞り、ノイズを除去することができる。
【００７８】
ピーク敏感型ＡＤＣ５は、ピークセンシングＡＤＣとも呼ばれるものであり、波形整形アンプ４から受け取った信号のピーク（アナログ波高の最大値）をサンプルホールド回路あるいはピークホールド回路６で検出し、ＡＤＣ８によりデジタル信号（デジタルの数値）にし、このデジタル信号を後段のコンピュータ１０に伝達する。サンプルホールド回路あるいはピークホールド回路６と、ＡＤＣ８の間には、必要に応じてマルチプレクサ７が設けられる。このマルチプレクサ７には、必要に応じて他の入力が接続される。
高圧電源９は、放射性物質検出装置２の動作に必要な高電圧の電力を放射性物質検出装置２に供給する。
【００７９】
コンピュータ１０は、外部機器を接続するＵＳＢポートおよびシリアルポート等の外部接続インターフェース１０ａ、ハードディスクまたはフラッシュメモリ等で構成される記憶部１０ｂ、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭを有する制御部１０ｃ、および、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に対する読み書きを行う記憶媒体処理部１０ｄを備えている。
【００８０】
コンピュータ１０には、ピーク敏感型ＡＤＣ５、方向制御駆動部１１、静止画像を取得するカメラ１２、マウスおよびキーボード若しくはタッチパネル等で構成されて利用者の操作入力を受け付ける入力装置１３、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイ等で構成されて画像を表示するモニタ１４が接続されている。方向制御駆動部１１は、放射性物質検出装置２とカメラ１２の向いている方向を制御する駆動をする。この制御駆動の際、方向制御駆動部１１は、放射性物質検出装置２とカメラ１２を同じ方向を向かせるように制御する。
【００８１】
このコンピュータ１０は、記憶部１０ｂに記憶されているプログラムに従って、制御部１０ｃが各種演算や各種機器の動作制御を実行し、また、ピーク敏感型ＡＤＣ５から受け取ったデジタル信号のカウントや画像処理等を実行する。詳細については後述する。
【００８２】
また、放射性物質検出装置２、前置増幅器３、波形整形アンプ４、およびピーク敏感型ＡＤＣ５での信号処理は、２０−４０ｋｅＶの特性Ｘ線ピークおよびその周辺のエネルギー領域１０−５０ｋｅＶ、加えて５０−１０００ｋｅＶを検出できるように構成されている。
【００８３】
図５は、放射性物質検出装置２の構成を説明する説明図である。図５（Ａ）は、放射性物質検出装置２の概略構成を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、放射性物質検出装置２の概略構成を示す縦断面図であり、図５（Ｃ）は、放射性物質検出装置２に対する特性Ｘ線およびγ線の透過／遮蔽を説明する縦断面図による説明図である。
【００８４】
図５（Ｂ）に示すように、放射性物質検出装置２は、円筒形の側壁２５ｂを有して片面に開口２５ａを有し、他面に底２５ｃを有する遮蔽容器２５を有している。遮蔽容器２５は、厚さ１ｍｍのＳＵＳによって形成されている。
【００８５】
遮蔽容器２５の開口２５ａには、略円柱形のコリメータ２１（マルチコリメータ）が隙間なく取り付けられている。このコリメータ２１は、ＳＵＳで形成され、複数（この例では１９個）の穴２２が規則正しく配置されている。コリメータ２１は、厚みが１ｍｍあれば良いが、この例では２５ｍｍの厚み（円柱形の長さ方向の厚み）としている。また、穴２２はφ１０ｍｍであり、隣り合う穴２２と穴２２の間部２３（有効厚）は１ｍｍである。コリメータ２１は、角度分解能（半値幅）が±７．７５°であり、最大視野が±２１．８°である。このコリメータ２１の角度分解能や最大視野は、穴２２の直径とコリメータ２１の長さ方向（放射線の到来方向）の厚みを変化させることで任意の値に設定することができる。またコリメータ２１の穴２２の数は、任意の値を取ることができ、１つでも構わない（シングルコリメータ）。
【００８６】
コリメータ２１の厚み（有効厚）は、計測対象とする放射性物質の特性Ｘ線のコリメータ２１中の平均自由行程（λ５）を単位として１．６λ５以上であるように構成されている。
コリメータ２１の穴２２と穴２２の間部２３の厚み、すなわちコリメータの有効厚は、計測対象とする放射性物質が放出する特性Ｘ線のコリメータ２１中の平均自由行程（λ５）を単位として１．６λ５以上であるように構成され、かつ、計測対象とする放射性物質がもっとも高い割合で放出するγ線のコリメータ２１中での平均自由行程（λ６）を単位として０．２２λ６以下であるように構成されている。
このコリメータ２１と遮蔽容器２５が、遮蔽体として機能する。
【００８７】
遮蔽容器２５の内部には、コリメータ２１の裏面に近接して円盤形の放射線検出用素子２６が設けられ、さらに光電子増倍管２７が設けられている。すなわち、放射線の到来方向から、コリメータ２１、放射線検出用素子２６、および光電子増倍管２７がこの順に配置されている。
【００８８】
放射線検出用素子２６は、この実施例ではシンチレータが用いられており、具体的にはＣｓＩによりφ５０ｍｍ、厚さ１ｍｍの形状に形成されている。放射線検出用素子２６のエネルギー分解能は、３２．２ｋｅＶにおいて１０．５ｋｅＶ（半値幅）である。
【００８９】
放射線検出用素子２６は、検出例として、バリウム、セシウム、キセノン、ヨウ素、テルルのγ線放出核種（以下放射性物質）のいずれか、あるいは複数が放出する特性Ｘ線（Ｂａ‐Ｋα：３２．２ｋｅＶ，Ｃｓ‐Ｋα：３１．０ｋｅＶ，Ｘｅ‐Ｋα：２９．８ｋｅＶ，Ｉ‐Ｋα：２８．６ｋｅＶ，Ｔｅ‐Ｋα：２７．５ｋｅＶ）を計測できるように、これらの特性Ｘ線ピーク周辺のスペクトルを少なくとも２０ｋｅＶから４０ｋｅＶの一部を計測する。また精度よく計測するために１０ｋｅＶから５０ｋｅＶにわたって計測することができる。さらにより詳細に放射性物質の種類を特定するために、５０−１０００ｋｅＶにわたって測定することができる。
【００９０】
この放射線検出用素子２６は、コリメータ２１の穴２２を通過した特性Ｘ線が入射する部分が有感部分２６ａとなる。
【００９１】
光電子増倍管２７は、入射する光を内部で増幅し電気信号として出力する装置である。この光電子増倍管２７は、放射線検出用素子２６であるＣｓＩ等のシンチレータに放射線が入射してシンチレータが発光すると、その光を電子に変換し増幅して電気信号を生じさせる。
【００９２】
このように構成された放射性物質検出装置２は、図５（Ｃ）に示すように、矢印に示す特定方向Ｙから到来する特性Ｘ線を検出し、他の方向から来た特性Ｘ線や、全方向からの大部分のγ線を検出しない。すなわち、放射線検出素子２６は、遮蔽容器とコリメータによって囲まれているため、コリメータ２１の穴２２によって、特性Ｘ線が入射する角度が領域Ｅの範囲に限られる。この入射した特性Ｘ線により放射線検出用素子２６が発光し、光電子増倍管２７により電気信号として検出する。
【００９３】
他の方向からの特性Ｘ線は、コリメータ２１および遮蔽容器２５によって遮蔽され、放射線検出用素子２６を発光させず検出されない。
【００９４】
全方向からのγ線の大部分は、コリメータ２１と遮蔽容器２５と相互作用せず、また、遮蔽容器２５および放射線検出用素子２６とも相互作用しないため、検出されない。従って、特性Ｘ線の検出をγ線が妨害することを防止している。
【００９５】
このように、放射線検出用素子２６および光電子増倍管２７と、図４に示した前置増幅器３、波形整形アンプ４、ピーク敏感型ＡＤＣ５による信号処理回路（３，４，５）により、放射性物質が放出する特性Ｘ線のエネルギー情報と特性Ｘ線の入射強度を取得する。
【００９６】
図６は、コンピュータ１０（図４参照）において、記憶部１０ｂ内のプログラムに従って動作する制御部１０ｃが各機能手段として機能する際の機能ブロック図を示す。
コンピュータ１０の機能ブロックとしては、方向制御部４０、カメラ画像取得部４１、スペクトル作成部４２、ピーク分析部４３、二次元画像作成部４４、画像合成部４５、切替入力処理部４６、および画像表示部４７が設けられている。
【００９７】
方向制御部４０は、方向駆動制御部１１の駆動制御を行い、カメラ１２の方向と放射性物質検出装置２（図４参照）の方向を制御する。具体的には、まずカメラ１２の方向を制御し、撮像範囲を定める。そして、カメラ１２の撮像範囲内をマトリクス状（格子状）に複数の領域に区分けし、そのうちの１つの領域に放射性物質検出装置２を向ける。その領域の検出が完了すると、次の領域に放射性物質検出装置２を向ける。この方向制御を繰り返すことで、方向制御部４０は、マトリクス状に区分けされた全ての領域について、領域毎に放射性物質が放出する特性Ｘ線を検出できるようにしている。
【００９８】
カメラ画像取得部４１は、カメラ１２（図４参照）から撮像されたカメラ画像を取得する。このカメラ画像取得部４１は、カメラ１２から静止画を取得する構成としているが、これに限らない。例えば、カメラ画像取得部４１は、カメラ１２の代わりにビデオカメラを備え、ビデオカメラで撮像された動画像（映像）を取得する構成にしてもよい。
【００９９】
スペクトル作成部４２は、ピーク敏感型ＡＤＣ５から受け取ったデータを処理し、エネルギースペクトルの作成を行う。
ピーク分析部４３は、スペクトル作成部４２から受け取ったスペクトルの中から特性Ｘ線の単独ピークを探し出し、その正味の計数を求める。あるいは、複数の放射性物質が混在している場においては、ピーク分析部４３は、エネルギー分解能が優れる場合であれば複数の特性Ｘ線が作る複数のピークを探し出し、エネルギー分解能が優れない場合であれば複数の特性Ｘ線が複合して形成するピークを探し出し、その正味の計数を算出する。
【０１００】
また、ピーク分析部４３は、上述した第１の特定方向放射性物質特定方法を娘核種特定処理により実行し、上述した第２の特定方向放射性物質特定方法を候補特定処理と種類識別処理により実行する放射性物質識別部としても機能する。娘核種特定処理を実行するピーク分析部４３は、低エネルギー領域放射性物質特定方法により娘核種の種類を特定する（第１の特定方向放射性物質特定処理）。候補特定処理を実行するピーク分析部４３は、上述した高エネルギー領域放射性物質特定方法により親核種の種類を特定する。種類識別処理を実行するピーク分析部４３は、上述した特性Ｘ線ピーク推定方法により特性Ｘ線のエネルギーと強度を推定し、上述した低エネルギー領域放射性物質詳細特定方法により特定方向の放射性物質の種類を識別する（第２の特定方向放射性物質特定処理）。
【０１０１】
二次元画像作成部４４は、ピーク分析部４３で特性Ｘ線ピークの正味の計数に基づいて、放射性物質の存在方向を示す画像を作成する。この画像は、例えばマトリクス状の画像とすることができる。すなわち、方向制御部４０による駆動制御によって各領域の放射性物質の存在を検出しているため、領域毎に検出レベルに応じた濃度の塗りつぶし表示をすることで、領域毎に放射性物質の量を示すマトリクス状の画像にできる。
スペクトル作成部４２は、画像表示部４７へマトリクス状に区分けされた各領域で得られた複数のスペクトル画像（この実施例では１６個のスペクトル画像）を送信する。
【０１０２】
画像合成部４５は、カメラ画像取得部４１で取得した撮像画像と、二次元画像作成部４４で作成したマトリクス状の二次元画像とを合成して合成画像を作成する。このようにして、放射性物質を検出したマトリクス上の位置と、撮像画像における放射性物質の存在位置とを対応させる。
【０１０３】
切替入力処理部４６は、モニタ１４に表示させる画像をスペクトル画像とイメージング画像に切り替える操作入力（入力装置１３による操作入力）を受け付ける。
【０１０４】
画像表示部４７は、図７に示すスペクトル画像、および、図８に示すイメージング画像をモニタ１４に表示する。切替入力処理部４６による操作入力を受けて、スペクトル画像が指定され、かつ、マトリクス状に区分けされた領域の１つが指定されれば図７に示すスペクトル画像を表示し、二次元画像が指定されれば図８に示す合成画像を表示する。
【０１０５】
このようにして、特性Ｘ線を検出し、放射性物質のスペクトル画像を図７に示すグラフに表示し、検出位置を図８に示すマトリクス状の合成画像に表示することができる。
【０１０６】
図７は、検出した放射線のスペクトルを示すグラフである。横軸はエネルギー（ｋｅＶ）を示し、縦軸はカウント数を示す。グラフＧ１は、放射性物質が存在する方向（汚染方向）へ向けて測定した例を示し、グラフＧ２は、放射性物質が存在しない方向（非汚染方向）へ向けて測定した例を示す。
【０１０７】
このグラフを計測した放射線源位置可視化システム１は、図４に示した光電子増倍管２７に浜松ホトニクス製のＲ１０１３１を使用し、前置増幅器３にクリアパルス製の５９５Ｈ型を使用し、波形整形アンプ４にクリアパルス製の４４１７型を使用し、ピーク敏感型ＡＤＣ５にＡＭＰＴＥＫ製の８１００Ａを使用し、高圧電源９に浜松ホトニクス製のＣ９６１９−０１を使用している。
【０１０８】
このグラフに示されるように、非汚染方向へ向けた検出では放射性物質が検出されなかったが、汚染方向へ向けた検出では、１３４Ｃｓおよび１３７Ｃｓからの３２ｋｅＶおよび３６ｋｅＶを検出したピークＰが見られた。これにより、１３４Ｃｓおよび１３７Ｃｓからの３２ｋｅＶおよび３６ｋｅＶの特性Ｘ線を検出することができる。このように放射線のスペクトルを表示するモニタ１４は、特性Ｘ線のピークを出力するピーク出力部として機能する。
【０１０９】
このピークＰの検出は、コンピュータ１０（図４参照）の制御部１０ｃにより実行するとよい。詳述すると、コンピュータ１０（図４参照）の記憶部１０ｂには、テンプレートデータを予め記憶しておく。そして、制御部１０ｃは、前記テンプレートデータに対する測定データ（検出した放射線のスペクトル）の突出量を算出し、この突出量の最も多い位置（エネルギー（ｋｅＶ））のデータをピークＰとして検出する。前記テンプレートデータは、グラフＧ２のようにピークＰのないグラフ形状を低エネルギー領域から高エネルギー領域まで所定関数（例えば４次関数）等で近似したデータとするとよい。このテンプレートデータは複数用いることもでき、特に、放射性物質のまわり（線源のまわり）に通常の物質が多い等により、ピークＰの高エネルギー側で、幅の広い山形のピーク（ピーク位置が６０ｋｅＶから２５０ｋｅＶの間で、半値幅が６０ｋｅＶから２００ｋｅＶ、かつ、ラインγ線ピークや特性Ｘ線ピークでないもの）がピークＰより強く表れる環境であれば、テンプレートデータは、この幅の広い山形ピーク部分に沿う形状となる所定関数のデータとするとよい。なお、ラインγ線ピークとは、放射性物質（娘核種）の原子核の励起準位差に対応したエネルギーをもつピークのことをいう。
【０１１０】
これにより、制御部１０ｃは、ピークＰの高エネルギー側の幅の広い山形のピークがピークＰより強くても、ピークＰを適切に検出することができる。また、測定データのうちテンプレートデータから突出している部分（ピークＰ周辺部分）の面積（正味の計数）を求めることで、特性Ｘ線の検出方向である特定方向に存在する放射性物質の量を算出することができる。このように検出したピークＰを出力する制御部１０ｃはピーク出力部としても機能する。
【０１１１】
また、このピークＰの検出において、制御部１０ｃは、放射性物質の種類の特定も実行する。この場合、制御部１０ｃは、上述した候補特定処理によりγ線領域での放射性物質の種類の候補を特定し、種類識別処理により特性Ｘ線領域で前記候補のうち特定方向に存在する放射性物質の種類を識別する。この放射性物質の種類の特定を実行する制御部１０ｃは、放射性物質識別部として機能する。
【０１１２】
図８は、合成画像６０を示す画面説明図である。合成画像６０には、カメラ１２で撮像された撮像画像６１の上に、マトリクス状で特性Ｘ線強度に応じた塗りつぶしがされた二次元画像６２が重ねて表示（半透明色の合成）されている。二次元画像６２は、複数個（図示の例では１６個）のマス目に区分され、１マス単位で特性Ｘ線強度が表示される。例えば、特性Ｘ線強度の高い第１強度表示部６３と、特性Ｘ線強度がそれより薄い第２強度表示部６４と、放射線がほとんど検出されない第３強度表示部６５とが表示される。これにより、どの領域でどれくらいの放射性物質が存在しているかを確認できる。このように特性Ｘ線強度を表示するモニタ１４は、合成画像を出力する合成画像出力部として機能する。
【０１１３】
また、領域毎の塗りつぶし表示の色は、識別した放射性物質の種類に応じて異なっている。各色が示す放射性物質の種類は、画面上に表示される、あるいは、別途のマニュアルに表示されるなど、適宜の方法によって示される。なお、特定した放射性物質の種類を画面上に明示してもよい。また、識別した放射性物質の種類毎に二次元画像６２を作成しても良い。この場合、モニタ１４には、各種類の二次元画像６２を切り替えボタンで切り替え可能に表示する、あるいは各二次元画像６２を一画面中に並べて複数表示するなど、適宜の表示をすることができる。
【０１１４】
以上の構成により、放射性物質検出装置２は、非常に軽量な構成で、γ線と特性Ｘ線を放出する放射性物質を十分な性能で計測し放射性物質の分布を画像化することができる。すなわち、分厚い鉛やシンチレータを使用していた従来例に比べ、放射性物質検出装置２は、薄い遮蔽容器２５（例えば１ｍｍ厚のＳＵＳ）と薄いコリメータ２１、及び薄い放射線検出用素子２６（例えば１ｍｍ厚のＣｓＩ）により、遮蔽体の重量を少なくとも従来の約１８分の１以下に軽量化をすることができる。さらに、遮蔽体（遮蔽容器２５及びコリメータ２１）の最適化によって、遮蔽体の重量を従来の５０分の１以下にすることもできる。１３７Ｃｓを検出する場合において従来のガンマカメラは遮蔽体の遮蔽率９８％を得ようとすると３４ｍｍの鉛が必要であるが、この放射性物質検出装置２は遮蔽体の遮蔽率９８％をＳＵＳ１ｍｍで実現できるため、遮蔽体は従来と同等の指向性を持ちながらも約５０分の１（［３４ｍｍ×鉛の比重１１．３］／［１ｍｍ×ＳＵＳの比重７．９］）の軽量化が実現できている。この放射性物質検出装置２は、少なくとも放射性物質の存在を認識でき、放射性物質の分布を画像化でき、必要に応じて、放射性物質を定量すること、または放射性物質の種類を特定することもなし得る。
【０１１５】
さらに言えば、遮蔽容器２５は、全方向から到来するγ線の遮蔽には役立たない薄さであって従来技術では使用不可能な薄さにすることができる。また、コリメータ２１の穴２２と穴２２の間の厚み２３、すなわちコリメータの有効厚は、全方向から到来するγ線を絞ることには役立たない薄さで、従来技術では使用不可能な薄さにすることができる。加えて、放射線検出用素子２６は、γ線の検出には役立たない薄さであって従来技術では使用不可能な薄さにすることができる。このような薄さにした上で、γ線を放出する放射性物質を、特性Ｘ線を利用して検出することができる。
【０１１６】
信号処理回路（３，４，５）（図４参照）は、特性Ｘ線のピーク周辺（例えば１３７Ｃｓであれば３２ｋｅＶから３６ｋｅＶ）のスペクトルを検出する。このように特性Ｘ線を計測対象とすることで、上述のように遮蔽容器２５を薄く、かつ放射線検出用素子２６を薄くでき、コリメータ２１も軽量にすることができる。また、このような信号処理回路（３，４，５）により、感度のよい放射性物質検出装置２を提供できる。
【０１１７】
放射線検出用素子２６は、特性Ｘ線の入射方向に対する有感部分の厚みが、前記放射線検出用素子２６に使用する物質中での計測対象とする放射性物質の特性Ｘ線の平均自由行程（λ１）を単位として１．１λ１以上で、かつ、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線が前記放射線検出用素子２６に使用する物質中での平均自由行程（λ２）を単位として０．１４λ２以下の範囲に形成されている。これにより、バックグランドを抑制し、特性Ｘ線に対する感度を向上させることができる。
【０１１８】
また、遮蔽容器２５の厚みは、計測対象とする放射性物質の特性Ｘ線の遮蔽容器２５中の平均自由行程（λ３）を単位として１．６λ３以上で、かつ、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線の遮蔽容器２５中での平均自由行程（λ４）を単位として０．２２λ４以下の範囲に形成されている。これにより、重量を軽減しつつも、特性Ｘ線に対する感度を向上させることができる。
【０１１９】
また、コリメータ２１の穴２２と穴２２の間の厚み２３、すなわちコリメータの有効厚は、計測対象とする放射性物質の特性Ｘ線のコリメータ２１の物質中の平均自由行程（λ５）を単位として１．６λ５以上で、かつ、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線のコリメータ２１の物質中での平均自由行程（λ６）を単位として０．２２λ６以下の範囲に形成されている。これにより、重量を軽減しつつも、特性Ｘ線に対する感度を向上させることができる。
【０１２０】
また、信号処理回路（３，４，５）は、１０ｋｅＶから５０ｋｅＶを計測できる。これにより、バリウム、セシウム、キセノン、ヨウ素、及びテルル等のうちγ線と特性Ｘ線を同時に放出する核種（放射性物質）を、特性Ｘ線を利用し、高精度に計測することができる。
【０１２１】
また、放射線源位置可視化システム１は、放射性物質の核種が存在している位置を合成画像６０（図８参照）に表示することができる。これにより、放射線源の位置を画像上で確認することができ、汚染場所を容易に特定することができる。また、放射線源位置可視化システム１は、検出した放射線のスペクトルをグラフＧ１（図７参照）として表示することができる。
【０１２２】
また、放射線検出用素子２６は、特性Ｘ線を止めて検出できればよいため、技術的に放射線検出用素子を大きな厚みを持たせつつ大きな面積を確保しながら高い性能で動作させることが困難なＣｄＴｅ等の素材（例えばＣｄＴｅであれば５ｍｍ厚程度まで）であっても最適な厚み（例えば１ｍｍ厚）で利用することができる。
【０１２３】
また、この放射性物質検出装置２により、特性Ｘ線に対して、約８０％以上の検出効率（ＣｓＩ１ｍｍであれば１３７Ｃｓの３２ｋｅＶに対して９５％）をもたせることができ、従来より非常に軽量でありながら従来のガンマカメラと同程度の計数効率で１３７Ｃｓを検出することができる。
詳述すると、１３７Ｃｓの１崩壊あたりのγ線６６２ｋｅＶと特性Ｘ線３２ｋｅＶの放出確率は、それぞれ、８５．１％と５．６％である。実用化されている従来の多くのガンマカメラは、放出確率が８５．１％と高いγ線６６２ｋｅＶを検出対象としており、この１３７Ｃｓの６６２ｋｅＶに対する検出効率が５％〜１０％程度である。この従来のガンマカメラは、仮に大きなサイズの蛍光板（例えば直径５０ｍｍ×厚さ３０ｍｍのＮａＩ）を使用すれば検出効率は３０％程度となるが、蛍光板を囲む遮蔽体の重量がさらに増大するため使用に支障をきたす。
これに対し、本発明の放射性物質検出装置２は、１３７Ｃｓの１崩壊あたりの放出確率が５．６％とγ線よりも小さい特性Ｘ線を検出対象としながら、検出効率を約８０％以上と高くすることができる。これにより、放射性物質検出装置２は、従来のガンマカメラより非常に軽量な構成でありながら、従来のガンマカメラと同程度の計数効率で１３７Ｃｓを検出することができる。さらに、放射性物質検出装置２は従来のガンマカメラと比べて格段に軽量であるために、重量を気にせずに放射性物質検出素子の有感面積、あるいは放射性物質検出装置の台数を容易に２倍、５倍、１０倍以上とすることもでき、感度を高めることができる。
【０１２４】
さらに、放射性物質検出装置２は、様々な方向からγ線が到来する環境にあっても、放射線検出用素子２６を特定の厚みにすることでバックグランドを抑制し検出限界を下げることができ、従来計測が困難であった特性Ｘ線（特に２０ｋｅＶから４０ｋｅＶのエネルギー量のもの）に対して高感度で計測することができる。
【０１２５】
また、信号処理回路は、１０ｋｅＶから計測可能とすることで、特性Ｘ線ピーク周辺のバックグランドの推定精度を上げることができ、特性Ｘ線の正味の計数を精度よく求めることができる。
【０１２６】
また、放射性物質検出装置２は、遮蔽容器２５の厚みとコリメータ２１の穴２２と穴２２の間の厚み２３を特定の厚みにすることで、放射性物質の存在する方向に対する感度を十分なものにしつつ、従来のガンマカメラと比較して大幅な軽量化を実現している。
【０１２７】
また、放射線検出用素子２６を１ｍｍ厚のＣｓＩとしたことで、放射線に対して概ね次の性能を得ることができる。
＜Ｘ線（３２ｋｅＶ）＞  
相互作用確率が高い（全体の９５％が完全に止まる）。
＜γ線（６６２ｋｅＶ）＞  
相互作用確率が低い（全体の９７％が相互作用せずに透過する）。
【０１２８】
また、遮蔽容器２５を１ｍｍ厚のＳＵＳとしたことで、放射線に対して概ね次の性能を得ることができる。
＜Ｘ線（１３７Ｃｓ−３２ｋｅＶ）＞  
相互作用確率が高い（全体の９８％が完全に止まる）。
＜γ線（１３７Ｃｓ−６６２ｋｅＶ）＞  
相互作用確率が低い（全体の９４％が相互作用せずに透過する）。
【０１２９】
また、方向制御駆動部１１と方向制御部４０により、放射性物質検出装置２とカメラ１２を常に同じ方向に向けることができる。制御駆動または手動によってカメラ１２を放射性物質検出装置２と共に撮像範囲が隣り合うように順次方向変更し、各方向での撮像画像と二次元画像の合成画像を画像合成部４５で並べて配置し結合すれば、撮像範囲や検出範囲よりも広いパノラマ状の合成画像を得ることもできる。
【０１３０】
なお、方向制御駆動部１１と方向制御部４０は、コンピュータ１０の制御によって駆動する構成としたが、手動によって駆動する構成としてもよい。この場合、方向制御駆動部１１と方向制御部４０を備えずに、電気信号を利用しない機械的な方向固定器具を用い、計測している方向を入力装置１３で入力する構成とすることができる。この場合でも、単素子モジュールで構成された放射線源位置可視化システム１を用いて合成画像を作成し表示することができる。
【実施例２】
【０１３１】
図９（Ａ）は、実施例２の放射性物質検出装置２Ａの縦断面図を示す。この放射性物質検出装置２Ａは、コリメータ２１の前面側（放射線検出用素子２６に対して光電子増倍管２７の反対側）に、フィルタ２９が設けられている。フィルタ２９は、特性Ｘ線に対する感度を向上させるべくノイズを抑制するフィルタであればよく、例えばβ線を遮断するアクリル板とすることができる。具体的には、例えば厚み６ｍｍで、放射線検出用素子２６と同じ面積である直径５０ｍｍの円盤状のアクリル板を用いることができる。
放射性物質検出装置２Ａの他の構成要素は、実施例１と同一であるので、同一要素に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１３２】
このようにフィルタ２９を用いることにより、ノイズを除去して特性Ｘ線の感度を向上させることができる。特にアクリル板を用いた場合には、ノイズになりやすいβ線を遮断でき、特性Ｘ線に対する感度をより向上させることができる。
【０１３３】
なお、フィルタ２９は１枚に限らず、多種類のものを複数枚備えてもよい。
また、フィルタ２９として、特性Ｘ線とβ線を遮断するものを用いてもよい。この場合、例えば１ｍｍ厚で放射線検出用素子２６と同じ面積である直径５０ｍｍの円盤状のＳＵＳ板を用いることができる。このように特性Ｘ線をも遮蔽するフィルタ２９を用いる場合は、フィルタ２９を装着した状態での計測結果と、フィルタ２９を取り外した状態での計測結果の差分を取ることで、ノイズを除去して特性Ｘ線のピークを強調することができる。すなわち、フィルタ２９が装着された状態での計測結果は、γ線によるノイズを中心に計測できるため、フィルタ２９が外された状態の計測結果と差分をとることで、特性Ｘ線のみを強調することができる。
【実施例３】
【０１３４】
図９（Ｂ）は、放射線検出用素子２６にシンチレータではなく半導体を用いた場合の放射性物質検出装置２Ｂを示す縦断面図である。図示するように、放射線検出用素子２６Ｂを遮蔽容器２５Ｂで被覆し、遮蔽容器２５Ｂの前面（開口部）にコリメータ２１を装着する。
【０１３５】
放射線検出用素子２６Ｂは、ＣｄＴｅ等の半導体により構成されている。
放射線検出用素子２６Ｂは、高圧電源９（図４参照）と前置増幅器３（図４参照）に接続され、また方向制御装置１１により方向が制御される。
【０１３６】
その他の構成要素は、実施例１と同一であるので、同一要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
このように構成しても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
また実施例１と異なり、実施例３では光電子増倍管等の蛍光板を読みだす装置が不要となるため、遮蔽体をさらにコンパクトにすることができる。
【実施例４】
【０１３７】
図１０は、実施例４の放射線源位置可視化システム１Ｃのシステム構成を示すブロック図である。この放射線源位置可視化システム１Ｃは、多素子モジュールの例を示している。
【０１３８】
放射性物質検出装置２Ｃは、１つの遮蔽容器２５Ｃの中に、１対の放射線検出用素子２６および光電子増倍管２７が、放射線検出用素子２６の検出面が一平面上に並ぶように複数配置されている。
コリメータ２１Ｃ（前方板）は、γ線を十分に透過しつつ特性Ｘ線は十分に遮蔽できる厚みをもった薄い材質に中央付近の一か所に穴２２Ｃが設けられたピンホールコリメータである。
【０１３９】
コリメータ２１Ｃの厚み（有効厚）は、計測対象とする放射性物質の特性Ｘ線のコリメータ２１Ｃの物質中の平均自由行程（λ５）を単位として１．６λ５以上で、かつ、計測対象とする放射性物質が最も高い割合で放出するγ線のコリメータ２１Ｃの物質中での平均自由行程（λ６）を単位として０．２２λ６以下の範囲に形成されている。これにより、重量を軽減しつつも、特性Ｘ線に対する感度を向上させることができる。
【０１４０】
複数の光電子増倍管２７には、１つずつに高圧電源９、前置増幅器３、および波形整形アンプ４が接続されている。波形整形アンプ４の後段には、ピークホールド回路あるいはサンプルホールド回路６，マルチプレクサ７が設けられ、信号を切り替えて全ての波形整形アンプ４からの信号を処理する。また、マルチプレクサ７を用いずに、ピークホールド回路あるいはサンプルホールド回路６のそれぞれに個別のＡＤＣ（ＡＤＣ８に相当）を設け、それぞれのＡＤＣからの出力をコンピュータ１０へ送る方式としても良い。
【０１４１】
放射性物質検出装置２Ｃは、実施例１と異なり、方向制御駆動部１１（図４参照）および方向制御部４０（図６参照）を備えていない。そして、カメラ１２の撮像範囲と放射性物質検出装置２Ｃによる検出範囲が一致しており、放射性物質検出装置２Ｃの検出範囲内がマトリクス状に分割され、１つのマス目に１つの放射線検出用素子２６および光電子増倍管２７の検出範囲が対応している。画像合成部４５（図６参照）は、１つの撮像画像に、各マス目の二次元画像を合成することで、合成画像を作成する。
【０１４２】
その他の構成要素は、実施例１と同一であるので、同一要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１４３】
このように構成しても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
また、多素子モジュールとすることで、放射性物質からの特性Ｘ線がどの方向から到来しているかを１回の処理で検出することができる。すなわち、どの放射線検出用素子２６から検出しているかにより、検出した放射線検出用素子２６の前面から穴２２Ｃを繋ぐ直線の方向から、検出した放射線検出用素子２６の大きさと穴２２Ｃの大きさで決まる範囲の放射線を検出したことを特定できる。
【０１４４】
なお、実施例１と同様に方向制御駆動部１１および方向制御部４０を備えてもよい。この場合は、撮像範囲や検出範囲よりも広いパノラマ状の合成画像を得ることもできる。
また、放射性物質検出装置２Ｃは、コリメータ２１Ｃを、所望の配列で複数の穴２２Ｃが形成されたコーデットマスク型コリメータ（前方板）としてもよい。この場合のコーデットマスク型コリメータの穴の配列等は、文献「Ｎｅｗ  ｆａｍｉｌｙ  ｏｆ  ｂｉｎａｒｙ  ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  ｃｏｄｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｉｍａｇｉｎｇ」（ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ，Ｖｏｌ．２８，  Ｎｏ．２０，１５  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９８９，４３４４−４３５２，Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｒ．  Ｇｏｔｔｅｓｍａｎ  ａｎｄ  Ｅ．  Ｅ．  Ｆｅｎｉｍｏｒｅ）に記載されるような配列等とするとよい。
【実施例５】
【０１４５】
図１１は、実施例５の放射線源位置可視化システム１Ｄのシステム構成を示すブロック図である。この放射線源位置可視化システム１Ｄは、多素子モジュールの例を示している。
【０１４６】
放射線源位置可視化システム１Ｄは、複数の放射性物質検出装置２を備えており、それぞれが異なる方向を向くように固定されている。各放射性物質検出装置２の後段には、前置増幅器３、波形整形アンプ４、およびピークホールド回路あるいはサンプルホールド回路６が１つずつ設けられている。ピークホールド回路あるいはサンプルホールド回路６の後段には、マルチプレクサ７が設けられ、信号を切り替えて全ての波形整形アンプ４からの信号を処理する。また、マルチプレクサ７を用いずに、ピークホールド回路あるいはサンプルホールド回路６のそれぞれに個別のＡＤＣ（ＡＤＣ８に相当）を設け、それぞれのＡＤＣからの出力をコンピュータ１０へ送る方式としても良い。
【０１４７】
その他の構成要素は、実施例１と同一であるので、同一要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１４８】
このように構成しても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。さらに、このように多素子モジュールとすることで、放射性物質からの特性Ｘ線がどの方向から到来しているかを１回の処理で検出することができる。すなわち、どの放射性物質検出装置２から検出しているかを知ることにより、検出した放射性物質検出装置２の前方から放射線を検出したことを特定できる。
【０１４９】
なお、このように複数の放射性物質検出装置２を備えて、一部の放射性物質検出装置２に実施例２で説明した特性Ｘ線とβ線を遮断するフィルタ２９（図９（Ａ）参照）を備える構成としてもよい。
【０１５０】
この場合、フィルタ２９を装着した放射性物質検出装置２でγ線によるノイズ成分を検出し、フィルタ２９を装着していない放射性物質検出装置２で特性Ｘ線とγ線によるノイズ成分とを検出して、差分をとって特性Ｘ線を精度よく検出することを短時間に実施できる。つまり、フィルタ２９を装着して計測する作業と取り外して計測する作業を行わずとも、一度に両方の計測を行って検出を完了することができる。
【０１５１】
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
例えば、放射線検出用素子２６は、シンチレータや半導体を用いたが、それ以外にも、冷却機器により冷却された半導体等を用いることもできる。
また、遮蔽容器の素材は、ＳＵＳに限らず、真鍮または鉛を含む物質等、特性Ｘ線を遮蔽する適宜の物質を用いることができる。
【０１５２】
また、放射性物質検出装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃや、放射線源位置可視化システム１，１Ｃ，１Ｄは、放射性物質による汚染を検出する汚染検出装置として用いることもできる。
【０１５３】
また、各放射性物質検出装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、コリメータを用いずに遮蔽容器２５，２５Ｂ，２５Ｃによって測定しようとする特定方向を定める構成としてもよい。この場合でも、遮蔽容器２５，２５Ｂ，２５Ｃによって遮られない特定方向の放射性物質を検出し、放射性物質の種類を識別することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
この発明は、γ線と特性Ｘ線を放出する放射性物質が存在する方向とその放射性物質の量を測定する用途に利用でき、他にも放射性物質を検出する様々な用途で利用できる。
【符号の説明】
【０１５５】
１，１Ｃ，１Ｄ…放射線源位置可視化システム
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…放射性物質検出装置
１２…カメラ
１４…モニタ
２２…穴
２３…間部
２５，２５Ｃ…遮蔽容器
２５ｂ…側壁
２６…放射線検出用素子
２６ａ…有感部分
４４…二次元画像作成部
４５…画像合成部
Ｙ…特定方向
【要約】
特定方向Ｙに存在するγ線と特性Ｘ線を放出する放射性物質を検出する放射性物質検出装置２に、入射する放射線を止めて検出する放射線検出用素子２６と、放射線を遮蔽して前記放射線検出用素子２６に到達させない遮蔽容器２５とコリメータ２１を備え、前記放射線検出用素子２６は、前記特定方向Ｙに存在する放射性物質から到来する特性Ｘ線を止めて検出し、かつ、前記放射性物質から到来するγ線を透過させる厚さであり、前記遮蔽容器２５及びコリメータ２１の穴２２と穴２２の間部２３の厚みは、前記特定方向Ｙ以外の方向から到来する放射線のうち特性Ｘ線を遮蔽し、かつ、前記特定方向Ｙ以外の方向から到来する放射線のうちγ線を透過させる厚さである。これにより、重量が格別に軽く、かつ十分な性能が得られる放射性物質検出装置、放射線源位置可視化システム、および放射性物質検出方法を提供することができる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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